静磁场辅助金属增材制造技术研究进展

增材制造作为一种新型的材料加工技术,具有制造周期短、材料利用率高和可制备结构复杂零件等优势,可以为定制形状复杂的产品开辟新途径,目前该技术在装备、材料、工艺、标准等方面都呈现迅猛发展之势,尤其在航空航天等高端制造领域展示出了极大的应用前景。然而,对增材制造金属材料的组织、缺陷演化机理尚不明确,极大地制约了增材制造技术的大规模应用。外加物理能场作为外界辅助手段可以直接对金属材料制备过程的物理变化和化学反应过程产生影响,因而被用来控制其变化或反应过程。在金属增材制造过程施加外部磁场,可以影响其微熔池冶金过程、微观组织和力学性能。介绍了静磁场对金属凝固过程的影响的基本效应,并着重介绍了静磁场对3种具有代表性的增材制造方法,即:激光定向能量沉积、粉末床激光熔融和电弧送丝增材制造方法的成形过程、组织和性能的影响机制,从材料、方法和应用的角度综述了静磁场辅助下金属增材制造领域的研究进展。此外,指出了静磁场辅助金属增材制造技术面对的挑战,并讨论了未来发展趋势。

阻燃钛合金的研究和发展

综述了阻燃钛合金的阻燃机理、阻燃合金体系和阻燃性能评价方法,介绍了研究现状及发展趋势,并对我国阻燃钛合金的发展提出了一些建议。

热处理对Ti-25V-15Cr-2Al-2Mo-0.2C合金组织稳定性的影响

研究了热处理对Ti 2 5V 15Cr 2Al 2Mo 0 .2C阻燃β钛合金组织稳定性的影响。结果表明 ,高温固溶并直接时效处理导致合金 β基体上析出较多的α相沉淀 ,尤其在随后的热暴露组织中形成了恶化合金塑性的连续晶界α膜。然而 ,若在时效前再进行一次低温固溶处理则可明显减少α相的析出数量 ,合金的热稳定性因此而得到显著改善。

等通道转角挤压工艺研究进展

概述了等通道转角挤压(ECAE)工艺的基本原理和影响因素,介绍了ECAE在模具设计和工程应用研究方面的新进展,指出了目前存在的问题,并对今后的发展方向作了展望。

Ti-25V-15Cr-2Al-0.2C合金的组织、性能及其变形机制

对Ti 25V 15Cr 2Al 0.2C阻燃β钛合金的微观组织、拉伸性能和变形机制进行了研究。结果表明:(Ti,V)C和α相是β基体上的2种主要析出相;高温长期热暴露(540℃,100h)后的合金晶界上形成连续的α膜,其塑性因此急剧下降;β基体在热暴露过程中发生微弱的短程有序化(SRO)转变,这在一定程度上破坏了合金的热稳定塑性;该合金室温变形以普通位错滑移为主要形变机制,热暴露后的变形结构中出现少量平面滑移带,位错的交滑移和攀移是合金540℃高温变形的重要形变机制。

铸态TB6钛合金热变形行为及本构关系

通过等温恒应变速率压缩实验研究铸态TB6钛合金在温度为800～1100℃,应变速率为10^(-3)～1 s^(-1)条件下的热变形行为。结果表明:应变速率对铸态TB6合金流变应力的影响最显著,其次是变形温度,而应变的影响作用最小。在低温高应变速率下,流变应力曲线呈连续软化特征,而在高温低应变速率下,流变应力曲线呈稳态流变特征。铸态TB6合金的热变形激活能为200 kJ/mol,接近纯钛β相的自扩散激活能,表明在实验条件范围内主要发生动态回复过程。在Arrhenius方程基础上考虑了应变对流变应力曲线的影响,建立了能准确描述铸态TB6钛合金流变应力曲线的双曲正弦本构关系。

热暴露对Ti-25V-15Cr-2Al-0.2C合金微观组织的影响

研究了热暴露对Ti 2 5V 15Cr 2Al 0 2C阻燃β钛合金微观组织的影响。结果表明 ,在 5 40℃ (该合金期望使用温度 )热暴露 10 0h后 ,合金晶界上形成了连续的α膜 ,β基体和少量α相发生了短程有序化 (SRO)转变。除此之外 ,热暴露过程中还有少量的金属间化合物TiCr2 相析出。

碳化物分布状态对Ti-25V-15Cr-2Al-0.2C-x合金微观组织的影响

碳化物和相是Ti-25V-15Cr-2Al-0.2C-x(x=0, 2%Mo, 2%Nb等)阻燃钛合金基体上的2种主要析出相。采用OM,SEM,TEM等方法研究了具有不同碳化物分布状态的Ti-25V-15Cr-2Al-0.2C-x合金的热处理及热暴露后的微观组织。结果表明,细小、弥散分布的碳化物颗粒不仅能细化合金的晶粒,而且能明显抑制对合金组织稳定性有害的沉淀相的析出。碳化物颗粒越细小、弥散,抑制相析出的作用就越强,合金的组织稳定性也越高。

第二相对Ti-25V-15Cr-2Al-0.2C-x(x=0,2%Mo,2%Nb,02%Si)合金拉伸断裂行为的影响

研究了第二相对Ti 2 5V 15Cr 2Al 0 .2C x (x=0 ,2 %Mo,2 %Nb ,0 .2 %Si)阻燃β钛合金拉伸断裂行为的影响。结果表明 ,β晶界上析出的α相增加了合金发生沿晶断裂的趋势 ,特别是热暴露后形成的连续晶界α膜是导致合金脆性沿晶断裂的主要原因。虽然粗大的碳化物颗粒是合金中的裂纹源之一 ,但细小、弥散分布的碳化物却能显著降低合金发生脆性沿晶断裂的趋势 。

Ti-25V-15Cr-2Al-2Mo-0.2C阻燃β钛合金的蠕变变形结构研究

采用TEM技术研究了具有不同热处理组织的Ti-25V-15Cr-2Al-2Mo-0.2C合金在540℃,250 MPa,100 h蠕变作用后的变形结构。结果表明:位错环组是合金蠕变变形结构中的典型位错组态;合金的蠕变抗力随β基体上弥散分布的第二相析出数量的增加而提高。添加微量能提高蠕变抗力的合金元素,如Si元素等,是改善合金蠕变性能的可行途径。

具有应变硬化行为的弹塑性材料多道次等通道转角挤压有限元模拟

用有限元模拟方法研究了具有应变硬化行为的弹塑性材料的多道次(至多4道次)等通道转角挤压变形行为。结果表明,随着挤压道次增加,塑性变形区尺寸和对称性增加,拐角缝隙越来越小;按A路径挤压时,应变均匀性越来越差,最大塑性应变区随挤压道次增加向试样前上端移动;按C路径挤压时,应变均匀性越来越好,最大塑性应变区位于试样中心部位;挤压道次相同时,C路径累积最大塑性应变值比A路径要小。

ESR熔炼工艺在钛工业应用的回顾和新进展

阐述了钛合金电渣重熔(ESR)技术的发展历史和新进展。介绍了ESR在海绵钛和钛废料熔炼、去除钛合金中富N夹杂以及钛合金连续或半连续铸造等方面的研究工作。与真空自耗熔炼(VAR)、电子束冷床炉熔炼(EBCHR)及等离子体冷床炉熔炼(PCHM)相比,ESR熔炼具有成本较低、适应性强等优点,在钛工业上有着潜在的应用前景。

模具外角对高纯铝60°内角等通道转角挤压变形影响的有限元模拟

用有限元模拟方法研究无摩擦条件下不同外角Ψ(0,30,60,120°)对高纯铝60°内角等通道转角挤压变形的影响。结果表明:随着Ψ角增加,拐角缝隙减小而出口通道上部缝隙增大,与此同时,更大的Ψ角增加了试样前端向上弯曲的程度,导致出口通道底部缝隙增大;Ψ角变化对挤压稳态区上部的等效塑性应变影响较小,但对下部应变影响很大。挤压载荷随Ψ角增大而显著降低。

TA15钛合金β区变形动态再结晶的临界条件

采用Thermecmaster-Z热模拟试验机在变形温度1050～1100℃,应变速率10-3～1s-1的条件下进行热模拟压缩试验。采用加工硬化率处理方法对应力-应变数据进行处理,结合lnθ—ε曲线的拐点及-(lnθ)/ε—ε曲线最小值的判据,研究TA15钛合金β区变形时的动态再结晶临界条件。结果表明:在本实验条件下,TA15钛合金的lnθ—ε曲线均出现拐点及-(lnθ)/ε—ε曲线均出现最小值;临界应变随应变速率的增大及变形温度的降低而增加,且临界应变与峰值应变之间基本保持恒定值εc/εp=0.62;临界应变预测模型函数关系可以表示为εc=0.92×10-2Z0.0843。

锻态TB6钛合金热变形行为及组织演变

在THERMECMASTER-Z型热模拟试验机上,对锻态TB6钛合金在真应变为0.92、变形温度为800℃～1150℃、应变速率为0.001s-1～1s-1的条件下进行等温恒应变速率压缩试验,分析合金在β单相区条件下的热变形特点,并观察金相组织。结果表明,应变速率对合金流动应力的影响较显著;而变形温度对合金流动应力的影响在较高应变速率时较大,在较低应变速率时较小。动态再结晶晶粒尺寸和动态再结晶体积分数,随温度的升高而增大,随应变速率的增大而减小。从晶粒细化和动态再结晶组织均匀性考虑,当真应变为0.92时,变形温度选择在950℃～1050℃之间,应变速率选择在0.01s-1为宜。

TC11合金两相区退火对微观组织与微观织构的影响

采用金相、扫描电镜和电子背散射衍射(EBSD)研究两相区退火温度和时间对热压缩态TC11(Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si)双相钛合金组织和微观取向的影响。结果表明:初始魏氏组织在850℃热压缩后被破坏,形成较为细小、扭折的片层组织,晶粒取向呈非均匀分布;在后续700和900℃退火过程中,α相变形组织和亚结构发生静态再结晶而转变为等轴状晶粒,晶粒尺寸较退火前的更为细小,再结晶程度和等轴组织比例随保温时间的延长而增加,片层组织的球化程度、晶粒取向和形貌的均匀性与合金的再结晶程度相关。在900℃退火时,α相的再结晶程度较700℃退火时的更为明显;经过120 min退火后,合金发生完全再结晶,得到较为均匀、细小的等轴状组织。

热处理对Ti-35V-15Cr-0.15Si-0.05C合金热稳定性能的影响

通过对Ti-35V-15Cr-0.15Si-0.05C合金轧制环件取样进行热处理和热稳定性能实验,研究了850℃和950℃固溶处理和950℃固溶后在600℃和700℃实效后的热稳定性能和微观组织。结果表明:合金仅经过固溶处理α相析出不明显,而经过固溶加时效处理后α相在晶界和晶内大量析出,在热稳定性能测试时,经过540℃100h热暴露后,α相进一步析出。合金α相是影响合金拉伸性能的主要因素,在晶界析出的连续α相导致合金塑性急剧下降;通过850℃固溶热处理能够获得较好的室温拉伸和热稳定性能。

Ti-25V-15Cr-2Al-0.2C合金微观组织和相组成研究

通过OM,XRD,SEM和TEM等多种分析手段对Ti-25V-15Cr-2Al-0.2C阻燃β钛合金的微观组织和相组成进行了研究。结果表明,α和(Ti,V)C是β基体上的2种主要析出相,合金在高温长时间热暴露(540℃,100h)后会析出金属间化合物TiCr_2相。此外,也有极少量α相在热暴露期间发生了短程有序化(SRO)转变。

Ti40合金热稳定性的研究

研究了Ti40阻燃β钛合金的热稳定性。结果表明 ,仅固溶处理的Ti40合金具有良好的强度和塑性配合 ,其热稳定性相对较好 ;固溶并时效处理合金的热稳定性较差 ,且时效温度越高 ,合金的热稳定性也越差。热暴露温度越高 ,合金的热稳定性能越差。

TF1抗燃烧钛合金热处理工艺研究

TF1合金铸锭经 3次真空自耗熔炼 ,开坯锻造后轧制出Φ18mm的棒材。棒材经不同热处理制度处理后 ,测定了主要力学性能 ,并应用光学显微镜、TEM、X射线衍射等方法分析了其相结构及相组成。认为TF1合金是以β相为基体组织的合金 ,在等轴β晶粒边界和晶粒内部分布着大量的颗粒 ,其体积百分比约占 3 %～ 4%,进一步分析为TiC颗粒相和细小的α相。经过热处理制度对力学性能 ,特别是蠕变性能影响的对比研究 ,发现热处理制度对拉伸性能影响不大 ,而细小、弥散分布的析出相提高了合金的蠕变性能。